Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Биохимия

Новые технологии белкового дизайна

Селективная координация металлов занимает центральное место в функциях металлопротеинов: каждый металлопротеин должен соединяться со своим родственным металлофактором, чтобы выполнять свою биологическую роль. Однако достижение селективности по металлам исключительно за счет трехмерной структуры белка является большой проблемой, поскольку существует ограниченный набор функциональных возможностей аминокислот, координирующих металл, а белки по своей природе подвижны, что препятствует стерическому отбору металлов. Сродство природных белков к связыванию металлов в первую очередь определяется электронными свойствами ионов металлов. Ученым в недавнем исследовании удалось создать искусственный димерный белок, который термодинамически преодолевает физико-химические ограничения in vitro и в клетках, способствуя связыванию переходных металлов. Полученные результаты иллюстрируют принципы проектирования для создания селективных агентов, связывающих металлы. — Overcoming universal restrictions on metal selectivity by protein design, «Биомолекула»: «Дизайнерские ферменты на службе общества».

Биокатализаторы будущего

Соединения с двумя соединенными ароматическими кольцами необходимы везде: от медицины до материаловедения. Однако ранее их биосинтез был весьма сложной задачей. В недавнем исследовании ученым удалось раскрыть стратегию биокаталитического перекрестного образования окислительной связи C–C с использованием ферментов цитохрома Р450. При этом модифицированные ферменты обладают высокой специфичностью к субстрату и соответствуют стереохимии продукта. — Biocatalytic oxidative cross-coupling reactions for biaryl bond formation.

Здоровье

Одноклеточный атлас сосудистой сети человеческого мозга

Цереброваскулярные заболевания являются основной причиной смерти и инвалидности, но до недавних пор наше понимание клеточных и молекулярных составляющих нормальной и пораженной цереброваскулярной системы человека было неполным. В недавнем исследовании ученые создали атлас сосудистой сети головного мозга взрослого человека с клеточным разрешением. Авторы использовали пространственную транскриптомику, чтобы выявить, как организованы в пространстве человеческого мозга разнообразные наборы типов клеток, имеющих молекулярные особенности. Также ученые исследовали клеточные и молекулярные изменения, которые происходят при артериовенозных мальформациях, основной причине инсульта у молодых людей. Специализированный подтип периферических моноцитов играет определенную роль в дестабилизации цереброваскулярной сети, и авторы определили потенциальные мишени для терапевтического вмешательства. — A single-cell atlas of the normal and malformed human brain vasculature.

Молчащие мутации и новые возможности в лечении рака

Гены семейства RAS являются наиболее часто мутирующими онкогенами. В то время как специфичные для KRAS(G12C) ингибиторы проявляют клиническую активность у пациентов, страдающих раком, прямых ингибиторов других онкогенов этого семейства не существует. В недавнем исследовании ученые раскрыли условия молчащей мутации KRAS^G60G для выработки функционального белка KRAS (Q61K). В отсутствие этой мутации G60G в KRAS^Q61K образуется загадочный донорский сайт сплайсинга, способствующий альтернативному сплайсингу и преждевременной инактивации белка. Молчащая мутация G60G устраняет донорский сайт сплайсинга, приводя к функциональному варианту KRAS(Q61K). Ученые обнаружили совпадение KRAS^Q61K и молчащей мутации G60G/A59A и разработали специфичные для мутантов олигонуклеотиды, которые препятствуют сплайсингу. Остановка сплайсинга антисмысловыми олигонуклеотидами показала терапевтический эффект in vitro и in vivo. Изучая сплайсинг, необходимый для функционального KRAS (Q61K), ученые раскрывают стратегию селективного мутантного лечения рака. — Silent mutations reveal therapeutic vulnerability in RAS Q61 cancers, «Биомолекула»: «Ингибиторы Ras: в поисках Грааля таргетной терапии».

Омолаживающая кровь

В недавнем исследовании ученые провели секвенирование РНК единичных клеток в 20 органах, чтобы выявить специфические для разных типов клеток реакции на кровь молодых и пожилых людей при гетерохронном парабиозе. Жировые мезенхимальные стромальные клетки, гемопоэтические стволовые клетки и гепатоциты относятся к числу тех типов клеток, которые особенно чувствительны к старению. В исследовании было замечено, что работа генов, кодирующих субъединицы цепи переноса электронов, играет важную роль для процесса омоложения с помощью митохондрий (этот процесс опосредован парабиозом). В то же время, ученые наблюдали повсеместную потерю экспрессии генов с возрастом, которая в значительной степени имитируется парабиозом: состарившаяся кровь снижает глобальную экспрессию генов, а молодая кровь восстанавливает ее в отдельных типах клеток. В совокупности эти данные закладывают основу для системного понимания взаимодействия между факторами, переносимыми кровью, и целостностью клеток. — Molecular hallmarks of heterochronic parabiosis at single-cell resolution, «Биомолекула»: «Часы старения: обнулить, замедлить, обратить вспять?».

Узнать — «свой» или «чужой»?

Различение «я» от «не-я» имеет основополагающее значение для широкого спектра иммунологических процессов, в том числе для беременности. Во время беременности организм матери не распознает плаценту как чужеродную ткань, потому что антигены, экспрессируемые трофобластами, не активируют материнские Т-клетки. Но механизмы толерантности В-клеток к антигенам трофобласта до сих пор не были идентифицированы. Недавно ученым удалось доказать, что опосредованное гликанами подавление В-клеток играет ключевую роль в установлении толерантности у мышей. Было показано, что гликозилирование белка способствует неиммуногенному самопознанию плаценты, что, в свою очередь, может иметь отношение к иммуноопосредованным осложнениям беременности и уклонению опухоли от клеток иммунной системы. — Establishment of fetomaternal tolerance through glycan-mediated B cell suppression.

Секреты болезни Альцгеймера

В более ранних исследованиях было показано, что ингибирование действия фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) уменьшает жировые отложения, усиливает термогенез, увеличивает костную массу и снижает уровень холестерина в сыворотке крови у мышей. Именно такими симптомами сопровождается болезнь Альцгеймера у пожилых женщин. В недавнем исследовании ученые показали, что ФСГ действует непосредственно на нейроны гиппокампа и коры головного мозга, ускоряя отложение β-амилоида и Тау-белка и ухудшая когнитивные способности у мышей, проявляющих признаки болезни Альцгеймера. Блокирование действия ФСГ снижает симптомы болезни Альцгеймера за счет ингибирования нейронального пути C/EBPβ—δ-секретазы. Эти данные не только указывают на причину повышения уровня ФСГ в сыворотке крови при патофизиологии болезни Альцгеймера во время менопаузы, но также открывают возможность лечения болезни Альцгеймера, ожирения, остеопороза и дислипидемии с помощью лекарственного средства, блокирующего ФСГ. — FSH blockade improves cognition in mice with Alzheimer’s disease, «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера».

Физиология растений

Искусственный интеллект перепрограммирует растения

Вживление роботов в живые организмы не за горами! В последних исследованиях ученые сообщили о первых органических электрохимических нейронах (OECNS) с ионно-модулированными импульсами, основанных на полностью напечатанных комплементарных органических электрохимических транзисторах. Они показали легкую биоинтеграцию OECNS с венериной мухоловкой (Dionaea muscipula), чтобы вызвать закрытие ее листьев при входных стимулах от искусственных нейронных сетей. — Organic electrochemical neurons and synapses with ion mediated spiking.

Собрать геном картофеля

Картофель — самая популярная клубневая культура во всем мире. Однако реконструкция четырех гаплотипов автотетраплоидного генома картофеля оставалась нерешенной задачей. Недавно исследователи решили эту задачу и впервые воспроизвели полную сборку генома картофеля. Авторам удалось секвенировать ДНК большого количества отдельных клеток пыльцы, которые являются гаплоидными. Это позволило обойти проблему четырех гаплотипов в каждой клетке взрослого картофеля. Подобные результаты не только облегчат селекцию картофеля в будущем, но и показывают новые возможности секвенирования. — Chromosome-scale and haplotype-resolved genome assembly of a tetraploid potato cultivar.

Откуда корни растут

Растения постоянно корректируют планы своего организма, чтобы адаптироваться к местной среде, формируя новые органы в различных условиях развития. Например, весьма часто растения в ответ на затопление или повреждение — или же просто в ходе нормального развития — формируют придаточные корни. Боковые корни формируются из перицикла, а придаточные корни растут из клеток, связанных с флоэмой, которые становятся подобными стволовым клеткам и регулируются фактором транскрипции SHOOTBORNE ROOTLESS (SBRL). В недавнем исследовании ученые охарактеризовали онтогенез придаточных корней томатов — при визуализации они задействовали разрешение с точностью в одну клетку. Используя различные биохимические и молекулярно-биологические методы, ученым удалось показать, что формирование корневой меристемы инициируется через общее переходное состояние, связанное с глубоко законсервированными генами определенных подклассов. — A conserved super locus regulates above- and belowground root initiation.

Физиология животных

Атлас транскриптома плодовой мушки

Плодовая мушка Drosophila melanogaster послужила главным модельным организмом для открытия фундаментальных механизмов эволюции. Сочетание последних достижений в области секвенирования одноклеточных животных с мощными генетическими инструментами для редактирования этих модельных организмов открывает большие перспективы для дальнейших открытий. Ученые в недавней статье представляют одноклеточный атлас взрослой плодовой мушки. Этот атлас включает 580 000 клеток и более 250 аннотированных типов клеток. Углубленный анализ выявил редкие типы клеток, специфические для клеточного типа генные сигнатуры и половой диморфизм. Такой атлас предоставляет научному сообществу ресурс для изучения генетических нарушений и болезней с разрешением в одну клетку. — Fly Cell Atlas: A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult fruit fly, «Биомолекула»: «Модельные организмы: дрозофила».

Приятных снов!

Сон состоит из быстрого и глубокого сна. Быстрый сон (быстрые движения глаз) обычно появляется после периодов глубокого сна. Однако до недавних пор механизмы, с помощью которых мозг переключается между этими состояниями, были неизвестны. Используя волоконную фотометрию, в недавнем исследовании ученые обнаружили увеличение активации дофамина в базолатеральной миндалине при переходе от глубокого сна к быстрому, но не до перехода от быстрого сна к бодрствованию. Этот эффект был опосредован нейронами, экспрессирующими D2-рецептор дофамина в миндалине. Искусственная активация этих нейронов вызывала переход от глубокого к быстрому сну и катаплектическим состояниям у бодрствующих мышей. — Rapid eye movement sleep is initiated by basolateral amygdala dopamine signaling in mice, «Биомолекула»: «Доктор Сон: как сон спасает нам жизнь».

Молекулярка

CRISPR—Cas9 в наблюдениях за структурными несоответствиями

Прежде чем CRISPR—Cas9 сработает как программируемый инструмент в редактировании генома, важно преодолить проблему с нецелевым расщеплением ДНК. Однако механизмы, с помощью которых Cas9 распознает несоответствия, до конца неясны. В недавнем исследовании ученые использовали криоэлектронную микроскопию для определения структуры Cas9 на разных стадиях расщепления несоответствий в ДНК. Ориентируясь на регионы, которые связаны исключительно с допущением таких несоответствий, ученые представляют данные для разработки высококачественных вариантов Cas9 следующего поколения. — Structural basis for mismatch surveillance by CRISPR–Cas9, «Биомолекула»: «CRISPR/Cas».

Переходя на новый уровень понимания регуляции транскрипции

Генетические модификации организмов могут создавать искусственные, синтетические геномы. По прогнозам ученых, такие изменения будут полезны для понимания принципов того, как геномный контекст влияет на многие процессы в клетках. Однако последствия большинства радикальных изменений генома неизвестны, поскольку никогда не наблюдались в природе. Ученые исследовали линию дрожжей, которые легко индуцируются для перемещения генов внутри генома, чтобы определить, как модификации генов влияют на их экспрессию. Изучив 612 генетических изменений, авторы обнаружили различия в длине и содержании транскриптов. Это указывает на то, что локальная генетическая среда важна для транскрипции. В результате этих экспериментов получилось определить конкретные правила, влияющие на транскрипцию, что привело к предсказуемым изменениям в геноме. — Transcriptional neighborhoods regulate transcript isoform lengths and expression levels.

Микробиология

Микробы на защите почв

Почвы во всем мире все больше деградируют в результате деятельности человека, особенно в засушливых районах. Деградация земель негативно сказывается на почвенных экосистемах — особенно это относится к гидратации почвы. Почвенные микроорганизмы могут играть важную роль в восстановлении деградированных почв, положительно влияя на содержание влаги и другие физические характеристики почвы. Исследователи изучили гидравлические свойства почв, чтобы выявить потенциальные группы микроорганизмов для дальнейшего гидрологического восстановления почв. Эти исследования, основанные на процессах в сухих почвах, помогут в долгосрочном восстановленим деградированных земель. — Soil microbiota as game-changers in restoration of degraded lands.

Опасная кишечная палочка

Кишечная палочка ST58 недавно стала уропатогеном, распространяющимся по всему миру. Выяснилось, что эта кишечная палочка часто вызывает сепсис. В отличие от большинства пандемических внекишечных патогенных E. coli (ExPEC), которые относятся к патогенной филогруппе B2, палочка ST58 относится к филогруппе B1 окружающей среды. В недавнем исследовании ученые провели пангеномный анализ глобальной коллекции из 752 изолятов палочки ST58 из различных источников и идентифицировали крупную подлинию ST58. Эта подлиния кишечных палочек характеризуется почти повсеместным переносом плазмид COLV, которые несут гены, кодирующие факторы вирулентности, а также отличается вспомогательным геномом с генами, типичными для высокой патогенности иерсиниабактина. Приведенные в исследовании данные показывают, что приобретение плазмиды COLV способствовало расхождению основной подлинии ST58 и приобретению бактериями вирулентности. — A role for ColV plasmids in the evolution of pathogenic Escherichia coli ST58.